高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 第1節(jié) 磁生電的探索 認(rèn)識(shí)磁生電與電生磁素材 魯科版選修3-2

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1、認(rèn)識(shí)“磁生電”與“電生磁” 　　磁是什么？一般提起磁，有些人都覺得磁是較為少見的，好像主要就是磁石或磁鐵吸引鐵，情況真是這樣嗎？現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)表明這樣的看法是不對(duì)的?，F(xiàn)代科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)充分證實(shí)：任何物質(zhì)都具有磁性，只是有的物質(zhì)磁性強(qiáng)，有的物質(zhì)磁性弱；任何空間都存在磁場(chǎng)，只是有的空間磁場(chǎng)高，有的空間磁場(chǎng)低。所以說包含物質(zhì)磁性和空間磁場(chǎng)的磁現(xiàn)象是普遍存在的。 　　電和磁是不可分割的，它們始終交織在一起。簡(jiǎn)單地說，就是電生磁、磁生電。 　　一、磁生電 　　如果把一個(gè)螺線管兩端接上檢測(cè)電流的檢流計(jì)，在螺線管內(nèi)部放置一根磁鐵。當(dāng)把磁鐵很快地抽出螺線管時(shí)，可以看到檢流計(jì)指

2、針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而且磁鐵抽出的速度越快，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的程度越大。同樣，如果把磁鐵插入螺線管，檢流計(jì)也會(huì)偏轉(zhuǎn)，但是偏轉(zhuǎn)方向和抽出時(shí)相反。 　　為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象呢？我們已經(jīng)知道，磁鐵會(huì)向周圍的空間發(fā)出磁力線。如果把磁鐵放在螺線管中，那么磁力線就會(huì)穿過螺線管。這時(shí)，如果把磁鐵抽出，磁鐵遠(yuǎn)離了螺線管，將造成穿過螺線管的磁力線數(shù)目減少（或者說線圈內(nèi)部的磁通量減少）。正是這種穿過螺線管的磁力線數(shù)目（也就是磁通量）的變化使得螺線管中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)。如果線圈閉合，就產(chǎn)生電流，稱為感生電流。如果磁鐵是插入螺線管內(nèi)部，這時(shí)穿過螺線管的磁力線增多，產(chǎn)生的感生電流和磁鐵抽出時(shí)相反。 　　那么，如

3、何決定線圈中感生電動(dòng)勢(shì)的大小和方向呢？從上面的實(shí)驗(yàn)我們知道，磁鐵抽出的快慢決定檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)程度，這實(shí)際上是說，線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈內(nèi)部磁通量的變化率成正比。這稱為法拉第定律。 　　通過實(shí)驗(yàn)我們可以證實(shí)，如果磁鐵抽出，導(dǎo)致線圈中的磁通量減少，那么在線圈中產(chǎn)生的感生電流的方向是它所產(chǎn)生的磁通量能夠補(bǔ)償由于磁鐵抽出引起的磁通量降低，也就是說，感生電流所產(chǎn)生的磁通量總是阻礙線圈中磁通量的變化。這稱為楞次定律。如圖所示，如果磁鐵從線圈中向上抽出，將使得線圈中的磁通量減少，這時(shí)如果線圈是閉合的，線圈中產(chǎn)生感生電流，該感生電流的方向是：它產(chǎn)生的磁力線的方向也指向下方，以補(bǔ)償由于磁

4、鐵抽出導(dǎo)致的磁通量減少。 　　變化的磁場(chǎng)可以在線圈中感應(yīng)出電流，這就是發(fā)電機(jī)和麥克風(fēng)的基本原理。 　　二、電生磁 　　如果一條直的金屬導(dǎo)線通過電流，那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)。導(dǎo)線中流過的電流越大，產(chǎn)生的磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁場(chǎng)成圓形，圍繞導(dǎo)線周圍。磁場(chǎng)的方向可以根據(jù)“右手定則”（如圖）來確定：將右手拇指伸出，其余四指并攏彎向掌心。這時(shí)，拇指的方向?yàn)殡娏鞣较颍溆嗨闹傅姆较蚴谴艌?chǎng)的方向。實(shí)際上，這種直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)類似于在導(dǎo)線周圍放置了一圈N、S極首尾相接的小磁鐵的效果。 圖3??右手定則 如果將一條長(zhǎng)長(zhǎng)的金屬導(dǎo)線在一個(gè)空心筒上沿一個(gè)方向纏繞起來，形成的物體我們稱

5、為螺線管。如果使這個(gè)螺線管通電，那么會(huì)怎樣？通電以后，螺線管的每一匝都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向如圖中的圓形箭頭所示。那么，在相鄰的兩匝之間的位置，由于磁場(chǎng)方向相反，總的磁場(chǎng)相抵消；而在螺線管內(nèi)部和外部，每一匝線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相疊加起來，最終形成了如圖所示的磁場(chǎng)形狀。也可以看出，在螺線管外部的磁場(chǎng)形狀和一塊磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)形狀是相同的。而螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)剛好與外部的磁場(chǎng)組成閉合的磁力線。在圖中，螺線管表示成了上下兩排圓，好像是把螺線管從中間切開來。上面的一排中有叉，是表示電流方向垂直指向熒光屏里；下面的一排中有一個(gè)黑點(diǎn)，表示電流方向垂直流向熒光屏外。 圖4 ?螺旋管電磁場(chǎng) 　　電

6、生磁的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是實(shí)驗(yàn)室常用的電磁鐵。為了進(jìn)行某些科學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常用到較強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)，但只有普通的螺線管是不夠的。為此，除了盡可能多地繞制線圈以外，還采用兩個(gè)相對(duì)的螺線管靠近放置，使得它們的N、S極相對(duì)，這樣兩個(gè)線包直接就產(chǎn)生了一個(gè)較強(qiáng)的磁場(chǎng)。另外，還在線包中間放置純鐵（稱為磁軛），以聚集磁力線，增強(qiáng)線包中間的磁場(chǎng)，如圖所示。 圖5　電磁鐵 圖6 ?電磁鐵磁極 　　對(duì)于一個(gè)很長(zhǎng)的螺線管，其內(nèi)部的磁場(chǎng)大小用下面的公式計(jì)算：H=nI 　　在這個(gè)公式中，I是流過螺線管的電流，n是單位長(zhǎng)度內(nèi)的螺線管圈數(shù)。 　　如果有兩條通電的直導(dǎo)線相互靠近，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？我們首先假設(shè)兩條導(dǎo)線的通電電流方向相反，圖（a）所示。那么，根據(jù)上面的說明，兩條導(dǎo)線周圍都產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)，而且磁場(chǎng)的走向相反。在兩條導(dǎo)線之間的位置會(huì)是說明情況呢？不難想象，在兩條導(dǎo)線之間，磁場(chǎng)方向相同。這就好像在兩條導(dǎo)線中間放置了兩塊磁鐵，它們的N極和N極相對(duì)，S極和S極相對(duì)。由于同性相斥，這兩條導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生排斥的力量。類似地，如果兩條導(dǎo)線通過的電流方向相同，圖（b）所示，它們會(huì)互相吸引。 圖7 ?通電導(dǎo)線的磁場(chǎng) 　　如果一條通電導(dǎo)線處于一個(gè)磁場(chǎng)中，由于導(dǎo)線也產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)和原有磁場(chǎng)就會(huì)發(fā)生相互作用,使得導(dǎo)線受力。這就是電動(dòng)機(jī)和喇叭的基本原理。